Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society Vol. 16, No. 2 pp. 1541-1548, 2015 http://dx.doi.org/10.5762/kais.2015.16.2.1541 ISSN 1975-4701 / eissn 2288-4688 혼화제를사용한공동주택바닥마감모르타르의균열저감에관한연구 이동운 1* 1 동서대학교건축토목공학부 A Study on the Prevention of the Floor Surface Finishing Mortar adding Chemical Admixtures in Apartment Houses Dong-Un Lee 1* 1 Division of Architecture & Civil Engineering, Dongseo University, Pusan, Korea 요약본연구에서는공동주택바닥미장모르타르의균열을저감하기위하여균열방지제, 고성능감수제, 수지등의재료혼입에따른균열촉진실험을실시하였다. 그결과고성능감수제와수지를혼입한시편이균열방지제를사용한시편보다균열수와압축강도에서더우수한결과를나타내었다. 그리고가장높은압축강도를나타낸시편이상대적으로매우적은균열을나타냈으며, 가장낮은압축강도를나타낸시편에서많은균열을관찰할수있었다. 그러므로압축강도가우수한시편이균열저항성도우수한것으로나타나압축강도와균열저항성은비례하는것으로측정되었다. 모의부재실험을바탕으로실제아파트현장에적용된배합 3의장기모니터링결과, 장기재령에서균열발생이전혀관찰되지않았다. Abstract In this study, strengthening methods of floor surface finishing mortar are investigated to prevent the cracks using crack inhibitor agents, water reducer agent and resin. As a results, The number of crack and compressive strength of the specimen containing water reducer agent or resin had more effective than other specimens containing inhibitor agents at 7 days. And the highest compressive strength specimen showed the relatively no crack, but the lowest compressive strength specimen showed a lot of crack. Therefore the relationship between the crack growth and the compressive strength had proportional connection. A base on the mock-up test, long-term monitoring of the on-site applied to mixing design type3 showed the few cracks. Key Words : Floor Surface Finishing Mortar, s, Compressive Strength, Inhibitor Agent, Water Reducer Agent, Resin. 1. 서론우리나라의난방방식은재래식온돌방식에서 1970년대연탄용온돌난방방식을거쳐최근공동주택에서보는바와같은파이프매설식온수온돌난방방식으로발전해왔다. 이같은공동주택의온돌난방방식은바닥판하부를통하여전달된열의전도, 대류, 복사에의하여실내온도를적당하게유지시키는방식으로서공간이용성및경제성, 위생성이뛰어나다. 그러나, 공동주택의온돌 난방을위한바닥마감재로많이사용되는시멘트계재료는수경성재료로서대기온도, 습도, 바람등에의해수분증발이활발히일어날경우균열이쉽게발생하는단점이있다.[1] 최근, 정부의대량주택공급정책과더불어공동주택이점차대형화, 고층화로바뀌게되어과거저층의공동주택에서바닥마감재로사용한건비빔모르타르는시공상문제로인해펌프를이용한기계화시공으로바뀌게되었다. 펌프압송에의한기계화시공은종래의손비빔 * Corresponding Author : Dong-Un Lee(Dongseo Univ.) Tel: +82-10-8365-1712 email: ldu21@gdsu.dongseo.ac.kr Received August 25, 2014 Revised (1st December 1, 2014, 2nd December 23, 2014) Accepted February 12, 2014 1541
한국산학기술학회논문지제 16 권제 2 호, 2015 혹은위치별기계비빔에의한타설보다시공효율이양호하여공기단축및인건비절감에는큰이점이있지만, 고층압송에따른유동성을발휘하기위하여물시멘트비가큰바닥마감모르타르가사용되므로써초기및장기재령에따른건조수축균열이많이발생하게된다.[2] 이와같은바닥마감모르타르의균열은난방효율을저하시키고, 바닥지또는모노륨과같은최종마감재를손상시켜거주환경을악화시키게된다.[3] 이러한문제점을해결하기위해균열방지제를혼입한레미탈이나수축보상의효과가있는팽창재를사용하여균열을억제하거나와이어메쉬, 메탈라스, 섬유보강재등을사용하여바닥미장모르타르의균열을억제하고있으나근원적으로바닥마감모르타르의균열을방지하지는못하고있는실정이다.[4] 이에본연구에서는공동주택바닥마감모르타르타설시주로사용하는레미탈에균열저감효과가있는혼화제들을혼입하여바닥마감모르타르에발생하는균열의특성을살펴보고, 혼입한재료에따른바닥마감모르타르의균열에미치는영향을비교 분석하고자한다. 그리고균열저항성이가장높은재료를사용하여실제현장에적용한후바닥마감모르타르의균열저항성에대한성능을평가한다. 이상의결과로부터기존에사용하고있는공동주택바닥마감재보다효과적인균열방지를위한기초자료를제시하고자한다. 2. 실험계획 2.1 실험인자및평가본연구에서는바닥마감모르타르의균열을방지하기위한재료적방안으로써건조수축으로인한균열을저감하는데효과가있는재료인균열방지재, 고성능감수제, 수지등을혼입하여시편을제작하고실험을수행하였다.[5] 본연구에사용한혼화제들의경우균열방지재는팽창성혼합재료로서시멘트와물과의수화반응시발생하는수축을보상하기위하여사용하였다. 그리고고성능감수제의경우에는배합수의양을감소시켜수축을저감시키기위해사용하였으며, 수지의경우에는낮은수축성을활용하여수축을저감시키기위해사용하였다. 슬럼프플로우는실제건설현장에서의적용성을고려 해현장타설시기준이되는 200±20mm를기준으로하고강도는재령 7일에서 7~9MPa 가되도록하고재령 28일에서 12~18MPa 가되도록계획하여재령에따른균열특성을파악하고균열방지효과를고찰하였다. 또한각시편의균열특성은길이변화, 균열폭, 균열발생시기, 총균열길이를통해정량적으로비교 검토하고바닥모르타르타설시슬럼프플로우를육안관찰하였다. 상세한실험인자및평가항목은 Table 1과같고배합은 Table 2에나타내었다. [Table 1] Experiment Factor and Assessment Factor inhibitor Water Reducer Resin Curing Condition Slump Flow Type 3, 5% by cement weight 0.05~0.2% by cement weight 0.05~0.2% by cement weight Dry 200±20mm [Table 2] Mixing Design Cement (kg/m 3 ) Sand (kg/m 3 ) Assessment Slump Flow(Min) Compressive Strength(Day) Width(Week) Time of (Day) Specific Weight inhibitor (%) Water Reducer (%) Initial, 30, 60 3, 7, 14, 28 1, 2, 4 Time of Initial Resin (%) 1 3 - - 2 5 - - 250 750 3 3 0.05-0.2-4 3-0.05-0.2 2.2 시편의제작 시멘트와각각의혼입재료를충분히혼합하여 Figure 1과같은높이 50mm 크기 1000 1000 50mm의몰드에타설하여시편을제작하고네모서리에 100 100mm 크기의스티로폼을대어바닥마감모르타르의균열을유도한다. 그리고실제현장에서사용하는바닥마감모르타르의플로값인 200±20mm가되도록물결합재비를조정하여 KS L 5109 수경성시멘트반죽및모르타르의기계적혼합방법 에따라모르타르를혼합하여, 모든시편은실제현장여건에적합하도록기건양생시키도록한다. 각시편은짧은기간내바닥마감모르타르의균열을유도하기위하여옥외노출시켜건조수축을돕도록한다. 실험이진행된시점의평균온도는약 11, 상대습도는 1542
혼화제를사용한공동주택바닥마감모르타르의균열저감에관한연구 약 51% 로측정되었다. [Table 4] Physical composition of aggregate Type Fine Aggregate Maximum size of aggregate (mm) 5 Fineness Modulus 2.85 Specific Gravity (g/cm 3 ) 2.57 Absorption(%) 2.33 Bulk Density of Aggregate (kg/m 3 ) 1,750 [Fig. 1] Test Mold 2.3 실험재료 2.3.1 시멘트 본연구에서는국내산보통포틀랜드시멘트를사용하였으며본실험에서사용한시멘트의화학적성분과물리적성질은아래의 Table 3에자세히나타내었다. [Table 3] Chemical and Physical composition of Cement Type Type I Portland Cement Fineness(cm 2 /g) 3,266 Density(cm 2 /g) 3.15 SiO 2 20.71 C 3S 48.20 Al 2O 3 5.56 Chemical Fe 2O 3 3.03 C 2S 23.00 Compound composition CaO 62.25 composition (%) MgO 3.40 (%) C 3A 9.60 SO 3 2.50 L.O.I 1.42 C 4AF 9.20 2.3.2 골재본연구에사용된잔골재는 5mm 이하의강모래를사용하였으며, 입도는표준입도분포곡선안에들도록조정하여사용하였다. 골재의물리적특성은 Table 4에나타내었다. 2.3.3 균열방지제 모르타르와콘크리트의균열방지를위한콘크리트용팽창성혼합재로서시멘트, 물과혼합하여수화하게되면콘크리트의수축을보상하는팽창이발생되어콘크리트가균질하고치밀한조직을가지도록한다. 본실험에사용된균열방지재의물리적성질및화학적조성은 Table 5와같다. [Table 5] Chemical composition of Inhibitor Agent Composition (%) Inhibitor SiO 2 1~5 CaO 50~55 Al 2O 3 8~15 Fe 2O 3 0.3~2 MgO 0.5~2 SO 3 27~31 F-CaO 16 Density(cm 2 /g) 2.80 Fineness(cm 2 /g) 2,000 2.3.4 고성능감수제본연구에사용된고성능감수제의경우나프탈렌설폰산포르말린축합물을주성분으로하는비중이 1.22이며, 색상은암갈색인고성능감수제를사용하였다. 실험에사용된고성능감수제의물리적성질은 Table 6과같다. [Table 6] Physical composition of Water Reducer Agent Color Dark Brown Density(cm 2 /g) 1.22 State Liquid ph 7±1 2.3.5 수지본연구에사용된수지재료는모르타르와콘크리트 1543
한국산학기술학회논문지제 16 권제 2 호, 2015 의균열방지를위한혼화제로서물리적성질및화학적조성은 Table 7과같다. [Table 7] Physical composition of Resin Color White Absorption(%)* 1.76 Density(cm 2 /g) 0.58 Particle Size(%)** 0.17 50% Solution Viscosity*** 650 * ** *** Ohaus MB45, 150, 15min 50mesh Sieve Residue Brookfield Viscometer Spin No 3. 12Rpm 다. 타설초기의슬럼프플로우값을측정하고 30분경과 60분경과후의플로우경시변화를측정한결과 Fig. 2와같이나타났다. Type 1(205mm) TYpe 2(205mm) Type 3(200mm) Type 4(200mm) 2.4 실험방법 2.4.1 슬럼프플로우각배합별바닥모르타르의유동성측정을위하여 KS L 5111에따라슬럼프플로우시험을실시하였다. 배합된모르타르를틀에채우고진동을주지않은상태에서모르타르콘을들어올렸을때퍼진형상을대각선으로측정하여평균값을구하였다. 2.4.2 압축강도경화된바닥마감모르타르의역학적특성을알아보기위한모르타르압축강도시험은 KS L ISO 679의 시멘트의강도시험방법 에따라측정하였다. 40 40 160mm 의몰드를이용하여시편을제작해서 28일간수중양생을실시한후, 만능재료시험기 (Universial Testing Machine : U.T.M) 를이용하여압축강도를측정하였으며 3개의시편에대한평균값으로구하였다. 2.4.3 균열폭의측정균열폭의측정은한부위면에서발견된균열들중폭이가장큰것에대하여버니어켈리퍼스를이용하여측정하였다. 그리고균열폭에대한기준은주택건설전문시방서 31320 온돌마감 에따라 0.2mm를참고적으로사용하였다. [Fig. 2] Initial Slump Flow Test Results 배합 1부터배합 4까지모든시편에서목표슬럼프플로우값인 200±20mm를만족하는것으로나타났으며, 모든배합에서시간이경과함에따라슬럼프플로우손실이발생하였다. 배합 1과배합 2의경우에는초기슬럼프플로우가 205mm로가장크게나타났으며배합 3과배합 4의경우에도초기슬럼프플로우가 200mm로나타나모든배합에서의초기유동성확보에는문제가없는것으로판단된다. 특히배합 3의경우 30분이경과한후에도초기와동일한슬럼프플로우를나타내었으며, 60분이지나도다른배합들과는다르게슬럼프플로우가 5mm밖에저하되지않아 4개의배합중에서시간이경과하여도작업성이가장우수할것으로사료된다. 이는배합 3에사용된고성능감수제가배합시사용되는물의양을줄일뿐만아니라일정수준의점성을유지하고더불어플로우를지속적으로유지시키는역할 [8] 을한것으로판단된다. 3. 실험결과 3.1 슬럼프플로우및경시변화각시편에대한슬럼프플로우경시변화를측정하였 3.2 균열폭및균열발생시기와총균열길이각시편에대한균열폭과균열발생시기의실험결과를 Table 8에나타내었고, Fig. 3~Fig. 7에재령에따른최대균열폭을나타내었다. 균열폭은재령 6주간최대균열폭 1544
혼화제를사용한공동주택바닥마감모르타르의균열저감에관한연구 을, 균열발생시기는최초균열발생시기로하였다. 총균열길이는각시편에서발생한균열길이의총합으로나타내었다. 타설초기시점인재령 3일에는전시편에서미세균열이관찰되지않았으며재령 7일에서팽창제를사용한배합 1과배합 2에서미세균열이육안으로관찰되었다. 하지만고성능감수제를사용한배합 3과수지를혼입한배합 4의경우에서는재령 42일까지도미세균열은육안으로관찰되지않았다. 배합 1과배합 2에서는재령 7일에미세균열이 0.1mm 의폭으로발생되어재령 42일에서는균열의폭이재령 7일의세배인 0.3mm까지확장되었으며, 최초균열발생시점부터재령 42일까지발생된균열의총길이는배합 1의경우 370mm, 배합 2의경우 380mm로나타나두배합모두균열의발생량이유사한것으로판단된다. Type 1() Type 3(No ) [Fig. 4] Location at 7Day Type 1() Type 2() Type 4(No ) Type 2() [Table 8] Test Results of Width and Time of Initial Type Time of Initial (Day) Maximum Width(mm) 3 7 14 28 42 Total Length (mm) 1 7-0.1 0.2 0.2 0.3 370 2 7-0.1 0.2 0.2 0.3 380 3 - - - - - - - 4 - - - - - - - Type 3(No ) [Fig. 5] Location at 14Day Type 4(No ) Type 1(No ) Type 2(No ) Type 1() Type 2() Type 3(No ) Type 4(No ) Type 3(No ) Type 4(No ) [Fig. 3] Location at 3Day [Fig. 6] Location at 28Day 1545
한국산학기술학회논문지제 16 권제 2 호, 2015 Type 1() Type 3(No ) Type 2() Type 4(No ) [Table 9] Test Results of Compressive Strength. Compressive Strength(MPa) Type Curing(Day) 3 7 14 28 1 8.4 11.7 14.6 17.6 2 7.9 9.1 12.1 14.6 3 11.5 13.7 18.5 22.2 4 9.7 13.4 17.8 19.6 [Fig. 7] Location at 42Day 각배합에서발생된균열의수를조사한결과배합 1에서는 3군데, 배합 2에서는 4군데에서발생되었으며총균열의길이를합친결과, 배합 1은총 370mm, 배합 2는총 380mm로나타나사용된팽창제의혼입률에상관없이거의유사한균열특성을나타내는것으로조사되었다. 고성능감수제를사용한배합 3과수지를혼입한배합 4의경우에는재령 42일까지균열이발생되지않아작업성및내구성측면에서배합 1과배합 2보다유리함을확인하였다 3.3 압축강도압축강도측정결과균열이발생한배합 1과배합 2에서재령 3일의강도는약 8.0MPa 로유사한수준으로측정되었지만, 재령 28일에서배합 1의경우는압축강도가 17.6MPa 로배합 2의 14.6MPa 를상회하는결과가나타났다. 배합 3의경우는초기강도뿐만아니라 28일강도에서도 22.2MPa 으로나타나 4개의배합중에서가장우수하게나타난것을알수있었다. 이는고성능감수제를사용함으로서배합시물결합재비가적어짐에따라이러한결과 [6] 가발생한것으로판단된다. 이전의실험결과 [7] 의경우압축강도가우수하여도균열저항성이우수하지않은것으로나타났으나, 본실험에서사용한균열방지제, 고성능감수제, 수지의경우에는배합에따른균열발생개수와총균열길이와상관성을나타내고있으며이는압축강도가우수한시편이균열저항성도우수한것으로판단된다. 3.4 현장적용성평가상기실험결과를바탕으로바닥미장모르타르균열발생저감효과, 유동성및압축강도에서가장우수한결과를나타낸고성능감수제혼입모르타르인배합 3을남양산에위치하고있는 D사가시공한공동주택현장 5세대에직접타설하고이에따른장기모니터링을실시하였다. Fig. 8은재령 42일에관찰된균열로서조사결과바닥미장모르타르타설후가장흔하게발생되는건조수축균열로판단되었다. 일반적인바닥미장모르타르타설후발생되는소성수축균열및피복두께부족으로인한 X-L 배관돌출및박리현상은전혀관찰되지않았다. 또한현장타설에서발생된건조수축균열도균열폭및균열깊이를측정한결과매우경미한균열로나타났으며단순한표면작업만으로쉽게보수가가능한수준임을확인하였다. 따라서모의부재실험결과를바탕으로실제현장에적용된고성능감수제혼입바닥미장모르타르의장기모니터링결과, 일반적인바닥미장모르타르타설시발생되는초기균열발생현상은전혀관찰되지않았으며장기재령에서도균열저감효과를충분히나타낸것으로판단된다.[8] 이를통해고성능감수제의혼입이바닥미장모르타르의균열발생을저감시키고강도증진효과가있음을실제현장적용을통하여그결과를충분히검증하였다. Location 1 Location 2 Location 3 Location 4 [Fig. 8] Monitoring of Location at 42Day 1546
혼화제를사용한공동주택바닥마감모르타르의균열저감에관한연구 4. 결론본연구에서는공동주택바닥미장모르타르의균열을저감하기위하여팽창제, 고성능감수제, 수지등의재료혼입에따른균열촉진실험을실시하였다. 재령별각시편의균열발생정도와균열발생시기, 균열폭을분석하였고, 재료에따른압축강도와균열발생과의상관성또한검토하였으며본연구의주요결론은다음과같다. 1. 모든배합에서목표슬럼프플로우인 200±20mm를만족하는것으로나타났다. 배합 3을제외한모든배합에서초기슬럼프와비교하였을때 60분후 10mm 로슬럼프플로우가저하되었다. 그러나배합 3의경우 60분후의슬럼프가초기와비교하여 5mm 이내에서저하된것으로나타나유동성측면에서가장우수한결과를나타내었다. 2. 타설초기시점인재령 3일에는전시편에서미세균열이관찰되지않았으며재령 7일에서팽창제를사용한배합 1과배합 2에서미세균열이육안으로관찰되었다. 하지만고성능감수제를사용한배합 3과수지를혼입한배합 4의경우에서는재령 28일까지도미세균열은육안으로관찰되지않았다. 3. 압축강도측정결과균열이발생한배합 1과배합 2 에서재령 3일의강도는유사한수준으로측정되었으며, 배합 3의경우는초기강도뿐만아니라 28일강도에서도 4개의배합중에서가장우수하게나타났다. 4. 균열발생개수및총균열길이와압축강도와의상관성을살펴본결과, 압축강도가우수한시편이균열저항성도우수한것으로나타나압축강도와균열저항성은비례하는것으로본실험에서는조사되었다. 5. 모의부재실험을바탕으로실제아파트현장에적용된배합 3의장기모니터링결과, 초기재령에서균열발생이전혀관찰되지않았으며장기재령에서도일반적인바닥미장모르타르타설후발생되는균열과비교하여극히미세한수준임을확인하였다. 본연구에서는모의부재를통한실험결과를바탕으로바닥미장모르타르의균열저감에효과적인재료인고성능감수제를적용하여실제현장에직접타설후모의부재실험결과를검증하였다. 이러한과정을통해서고성능감수제가바닥미장모르타르의균열방지및강도증진에효과적인재료임을확인하였다. References [1] Sung-Chul Han, A Study on the Properties of According to the Curing Conditions in the On-Dol Floor of Apartment Building, Dept. of Architectural Engineering, Graduate School, Pukyong Nationtal University, 2001. [2] Kim KD, Jung SC, Song MS, An Experimental Study on the Development and on its Applications on Non-Shrinkage Admixture for -Prevention of Cement Mortars in Apartment housing, Journal of the Architectural Institute of Korea. 1996 Aug;12(8):231-10. [3] Han CK, Ban HYm Jeon BC, Hong SH, A Study on the Properties of Cement Mortar with the Kinds and Addition Rate of Expansive Additives, Journal of the Architectural Institute of Korea. 1998 Nov;14(1):377-5. [4] Kim SJ, Park HW, Yoo BH, A Study on the Establishment for the Inspectoral Criterion of in the Apartment House, Journal of the Architectural Institute of Korea. 1997 Jan;13(1):223-10. [5] Yin JF, Hwang YS, Cheong SC, Yoon GW, Han CK, A Fundamental Properties of Cement Mortar for Apartment Housing Floor under Various Contents of Copper Fiber and Expansive Admixture, Proceeding of 2001 Symposium on Architectural Institute of Korea; 2001 Apr: Architectural Institute of Korea;2001. pp. 369-372. [6] Lee JR, Lee WJ, Chae JH, Park KS, Kim KS, A Study on the Dry-Shrinkage Properties For Floor Mortar With -Reducing, Proceeding of 1999 Symposium on Korea Concrete Institute; 1999 May: Korea Concrete Institute;1999. pp. 175-180. [7] Park JW, An Experimental Study on Prevention of Floor Surface Finishing Mortar of Apartment Housing Floor, Dept. of Architectural Engineering, Graduate School, Pusan Nationtal University, 2006. [8] Kin DS, Park SJ, Won C, Lee SS, A Study ong the Mix Design of the Self-Compaction Concrete in order to Compensate for Shrinkage, Proceeding of 2001 Symposium on Architectural Institute of Korea; 2001 Apr: 1547
한국산학기술학회논문지제 16 권제 2 호, 2015 Architectural Institute of Korea;2001. pp. 256-261. [9] Han CK, Jung SC, Pyo DS, Influences of Material and Construction Conditions on the Properties of Cement Mortars for Apartment Housing Floors, Journal of the Architectural Institute of Korea. 2002 Feb;18(2):93-10. 이동운 (Dong-Un Lee) [ 정회원 ] 1996 년 2 월 : 부산대학교일반대학원건축공학과 ( 공학석사 ) 2002 년 2 월 : 부산대학교일반대학원건축공학과 ( 공학박사 ) 2001 년 1 월 ~ 2005 년 1 월 : ( 주 ) 본구조엔지니어링이사 2006 년 3 월 ~ 현재 : 동서대학교건축공학과교수 < 관심분야 > 건축재료, 건축시공 1548